[发明专利]具有致冷剂容器的超导磁体设备

说明书

背景技术

用于冷却超导磁体的常规装置包括致冷剂容器，所述致冷剂容器部分地填充液态致冷剂浴，如氦。超导磁体绕组部分地浸没在液态致冷剂中，以在致冷剂的大约沸点的温度下保持它们。

这样的装置在致冷剂容器内提供了准等温环境。通过包括致冷剂容器的低温恒温器、包围致冷剂容器的外真空室(OVC)以及布置成将磁体、致冷剂容器和OVC保持在所需的相对位置的机械支撑件，得以防止环境热量到达绕组。一个或多个热辐射屏蔽件通常设置在致冷剂容器和OVC之间的空间。

OVC内的真空使对流损失最小化，而通过机械支撑件的热传导通过适当的材料选择和尺寸被最小化。这样的热传导遗留可以被主动冷却器(active cooler)截获，如低温冷冻器，其热连接到屏蔽件和/或致冷剂容器。

通过精心设计，到达“冷质量”(即液态致冷剂和与之接触的一切)的热潮(thermal influx)可以减少到小于1W。即使如此，必须小心，以确保该热潮不会到达超导绕组。部分浸没在液态致冷剂如氦中，连同低温冷冻器的对流冷却和致冷剂蒸汽再凝结在常规上确保了热潮不会到达超导绕组。

致冷剂容器的外表面可以涂覆在低发射率涂层如铝箔之中，这将反射到达致冷剂容器的热辐射，有助于保持热潮远离超导绕组。

常规设计理念一直追求冷却剂容器表面积的最小化，并且将之与入射辐射热量隔离，包括通过施加高反射的、低热发射率的表面涂层，以反射入射的热辐射。

如本文所使用的，术语“热辐射”和类似的术语被用来指代热红外波长范围内的电磁辐射，约8至14微米。术语“热发射率”和类似的术语被用来指代热辐射的发射率。

最近，超导磁体冷却装置已设计出不要求含有液态致冷剂浴的致冷剂容器。而是提供局部线圈冷却解决方案。例如，管道冷却系统，有时被称为冷却回路，可能涉及相对少量的液态致冷剂，诸如氦，从小的致冷剂贮存器循环通过与超导绕组热接触的管道和歧管系统。

图1示出穿过采用局部线圈冷却解决方案的常规超导磁体冷却装置的横截面。提供了中空柱形OVC 10，容纳超导磁体绕组20。热辐射屏蔽件12设置在OVC内，而固态绝热件14，如被称为超绝缘件(Superinsulation，RTM)的多层镀铝聚酯片可以设置在OVC内表面和热辐射屏蔽件的外表面之间。

如所图示，局部线圈冷却解决方案通常包括致冷剂容器22，致冷剂容器22设置有可接近转台24和外部冷冻器26，外部冷冻器26通过热总线28热连接到再凝结器(未示出)，再凝结器暴露于致冷剂容器22的内部。在替代装置中，冷冻器可以直接连接到致冷剂容器。致冷剂容器22提供冷却的，优选是液态的，致冷剂使之通过管30到达歧管32。歧管使冷却的致冷剂分布至冷却回路，冷却回路布置成与磁体的超导绕组热接触，该冷却回路根据常规和证据充分的热对流方法进行操作。

可以尝试进一步屏蔽磁体绕组20免受热辐射屏蔽件12内表面或其它表面发射的辐射热的影响。例如，磁体绕组可以缠绕在低发射率材料的带中。然而，这样的尝试都没有被发现是完全成功的。一直发现，一定量的热在各圈带之间前进，或以其它方式到达由带所屏蔽的结构。

到达热辐射屏蔽件内部的所有热量可以撞击在绕组本身上，并由绕组本身吸收。在这样的系统中使用的小型致冷剂贮存器本身可以涂覆在低热发射率的涂层上，但这样做将不会减少热辐射到超导绕组上的入射，不同于施加到常规致冷剂-浴装置的致冷剂容器的这种涂层。

因此，本发明的目的是提供一种改进的超导磁体冷却装置，其中降低了撞击到超导绕组本身上的热辐射入射。

附图说明

考虑到仅以非限制性示例方式给出的某些实施方式的以下描述，结合附图，本发明的这些和其它的目的、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1示出常规超导磁体装置的横截面；和

图2-6示出根据本发明各实施方式的超导磁体装置的相应横截面。

具体实施方式

根据本发明，致冷剂容器设置在局部线圈冷却装置内，也就是在超导绕组不位于致冷剂容器内的地方，致冷剂容器在其外表面的相当一部分上具有高的热发射率表面，目标是最大化地吸收致冷剂容器的热辐射。

根据本发明的结构，如常规地，提供外真空室(OVC)、机械支撑件以及一个或多个热辐射屏蔽件。OVC及其真空将防止热潮通过对流到达超导绕组。机械支撑件的材料和尺寸将使通过传导到达超导绕组的热潮最小化，并且热辐射屏蔽件将减少通过辐射到达超导绕组的热潮。